Astronautika: misije

Još od kako je lansiran početkom 2007. godine, pratim uzbudljivu avanturu kosmičkog robota romantičnog imena, „Svitanje“ („Dawn“). I danas, 4 godine u skoro 200 dana od uzletanja sa Floride, vesti koje stižu preko glavnog inženjera misije, fenomenalnog dr Marka Rejmana, drže moju, a nadam se i vašu pažnju. Aparat je pre 8 meseci stigao na Vestu, a za 2 godine dospeće i do Ceresa. Ono što predstavlja pravu poslasticu jeste činjenica da je ovo Nasina prva čisto istraživačka misija na jonski pogon. Do sada je potrošeno oko 65% kseonskog goriva. Posle ekspedicije sa Ceresom, u tankovima će ostati manje od 9,5% od početnih 425 kg goriva, ali naučnici veruju da bi i to bilo dovoljno da se misija produži i ispita se i Palas, asteroid veći čak i od Veste.

Od kako je sredinom jula 2011. godine ušao u orbitu oko Veste, „Dawn“ ima, kako se to kaže, pune ruke posla. Spuštajući se spiralno sve niže, detaljno ispituje kolosalni asteroid sa orbite za mapiranje male visine (LAMO). Robotski ambasador funkcioniše izuzetno dobro u ime bića koja prestavlja na udaljenoj (maloj) planeti. Trenutno je zaposlen mapiranjem nepoznatog sveta.

Mada se LAMO uobičajeno opisuje kao orbita[1] prosečne visine 210 kilometara, to ne znači da se radi o nekoj konstantnoj visini. Postoje dva razloga zbog kojih se menja visina orbite svemirske letilice. Jedan je zbog toga što se menja sâm teren, tako da čak i kada bi aparat leteo po savršenoj kružnici oko Veste, njegova visina iznat tla bi varirala zbog topografije. Kao i planeta sa koje je „Dawn“ krenuo na svoju deep–space odiseju 2007. godine, i Vesta je šira na ekvatoru, a to je mesto gde je tlo generalno gledano najudaljenije od centra. Pored toga, drevna površina, koja je pretrpela svašta tokom milijardi godina u nemirnom asteroidnom pojasu, pokazuje neverovatne varijacije u oblicima. Džinovski basen Rheasilvia predstavlja ožiljak nastao nakon jednog kolosalnog udarca koji je iskopao region oko južnog pola u prečniku od preko 500 km. To je predstavlja ujedno i najveću rupu u čitavom solarnom sistemu. U centru te velike depresije nalazi se druga najveća planina u solarnom sistemu, koja je dvaput viša od Mont Everesta. Vertikalno rastojanje između najviše tačke negde u blizini ekvatora i najdublje tačke na dnu kratera Rheasilvia iznosi preko 60 km. To znači da se površina ispod „Downa“, koji napravi jedan krug svaka četiri sata (i 21 minut), uzdiže i spušta dramatičnom brzinom.

Da bi navigatori nacrtali što precizniju putanju „Dawna“ oko Veste, moraju dobro da poznaju sile koje deluju na njega. Njih ima tri: gravitacija, svetlo i sâm aparat.

Vesta ima komplikovano gravitaciono polje, pa to dovodi i do komplikovane orbite. Iako se do sada dosta naučilo o Vestinom polju, nepoznati detalji neprestano dovode do malih promena u orbiti.

Sunce napaja stanicu energijom (preko solarnih panela), ali je takođe odgovorno za mali ali konstantan pritisak svetlosti. Sila zavisi od toga da li je svetlost reflektovana ili apsorbovana. Različiti delovi sonde su izloženi Suncu tako da se sile koje stvara svetlosti menjaju i konstantno utiču na male promene orbite.

I sâm „Dawn“ utiče na sopstvenu orbitu. U njemu se nalaze 4 reaktivna točka, koja se okreću nekoliko hiljada puta u minutu i pomažu u kontroli i orijentaciji sonde bez upotrebe motora. Ti uređaji se postepeno sve brže okreću, te ih je potrebno svakih pr dana usporavati. To se postiže paljenjem malih hidrazinskih trastera reaktivnog kontrolnog sistema (ima ih 2 × 6) tokom termina koje utvrđuju kontrolori misije. Ti motori stvaraju obrtni momenat na letilici dovoljan da redukuju brzinu točkova, ali i ta mala paljenja utiči neznatno na promene orbite.

Drugi razlog menjanje visine „Dawna“ leži u tome što sâma njegova orbita nije savršena kružnica. Hajde za trenutak da ignorišemo topografske efekte i koncentrišimo se jedino na oblik putanje sonde oko Veste. Dok Vesta kruži oko Sunca a „Dawn“ oko nje, gravitacione sile koje deluju na orbiter neprestano se menjaju usled nejednakog rasporeda materijala unutar složenog geološkog kompleksa protoplanete. Ovaj efekat je bio uočljiv i na većim visinama, ali je bio mnogo manje izražen. Sada, kada je naš avanturista dublje zaronio u gravitaciono polje, bregovi i dolje u njegovom kretanju mnogo su uvećanije.

Navigatori Nasine Laboratorije za mlazni pogon (JPL) vrlo su pažljivo birali parametre za LAMO, shvatajući da su orbitne vode prilično turbulentne. Ipak, njihove mape gravitacionih struja pokazale su se vrlo preciznim, te letilica prati planirani kurs veoma dobro. Iako zbog nekoliko razloga aparat neprestano „poskakuje” na orbiti, operatori povremeno sprovode seanse uključivanja jonskih motora i koriguju orbitu – taj manevar se naziva OMM[2] (orbit maintance manuevars).

Orbite je obično najlakše opisati kao elipse, spljoštene kružnice. Međutim, Vestino neravnomerno gravitaciono polje ne dozvoljava savršeno glatku, pravilnu orbitu na maloj visini. Ponekad, razlike između najviše i najniže tačke na putanji manje su od 16 km. Kako različite sile utiču na promenu oblika orbite, elipsa se deformiše, i tokom samo jedne revolucije udaljenost njenih krajnih tačaka može da poraste čak za 75 km. Zahvaljujući genijalnom dizajnu orbitne trajektorije, iste sile postepeno menjaju profil i uzrokuju da se orbita ponovo počne da približava kružnici. To se na LAMO orbiti događa u ritmu od 11,5 dana. To neodoljivo podseća na neko sporo disanje orbite, koja se širi i skuplja svakih 11,5 dana.

„Dawn“ nosi tri instrumenta napravljena u tri zemlje, a jedan od njih je GRaND, napravljen u Nacionalnoj laboratoriji u Los Alamosu (SAD).

GRaND meri energiju gama zraka i neitrona. Gama zraci su vrsta svetlosti, ne samo veće energije od one vidljive, pa čak i ultraljubičaste, već veće energije čak i od X–zračenja. Neutroni su čestice koje se normalno nalaze u jezgrima atoma (otprilike polovina težine vašeg tela otpada na neutrone, bez obzira koliko sarmi pojeli). Neki od gama zrakova i neutrona koje emituju Vesta i Ceres proizvode radioaktivni elementi a ostale površinski materijali koje bombarduju kosmički zraci. Kako oni polaze sa površine i kreću u kosmos, neke od njih će presresti „Dawnov“ detektor gama čestica i neutrona GRaND, koji je, i pored imena, vrlo skromnih dimenzija. Ovaj interesantni i impresivni instrument napravljen je u SAD.

Gama zraci i neutroni će otkriti mnoge bitne atomske sastojke u Vesti i Ceresu na dubini do 1 metra, što će biti novi detalj u priči koju će ispričati „Dawn“. Pretpostavlja se da je Ceres bogat vodom, pa ako je to tačno, potpis vode će se naći i na podacima GRaND–a. Neće mu promaći ni elementi kao što su kiseonik, magnezijum, aluminijum, kalciju, natrijum, gvožđe, titanijum, torijum, uran, i sl.

Instrumenat je vrlo sličan instrumentima koji su leteli u svemirskim misijama Lunar Prospector i Mars Odyssey.

Te evolucije orbita dešavaju se iznad neravne površine Veste. Kada se ta dva efekta kombinuju, dobijamo da „Dawn“ povremeno proleti na samo 170 km iznad stenovitih vrhova na ekvatoru, ali visina bude i viša od 290 km kada sonda leti iznad južne hemisfere i depresije Rheasilvie.

Takve promene u udaljenosti do tla bili su očekivane i pre dolaska „Dawna“ na LAMO, i ne ugrožavaju tekuću kampanju prikupljanja što većeg znanja o stanju solarnog sistema u vreme njegovog nastanka. Kružeći iznad džina ispod sebe, svemirski aparat koristi detektor gama čestica i neutrona (GRaND) koji lovi one subatomske čestice koje nose potpis elemenata u kori do dubine od jednog metra. Izuzetno precizna navigatorska merenja orbitnog kretanja broda pružaju saznanja o suptilnim promenama u gravitacionom polju kao i distribuciji materijala u divovskom asteroidu. Kontrolori koriste prednosti niske orbite da prikupe što više informacija preko kamera i mapirajućeg vidljivog i infracrvenog spektrometra (VIR). Do sada je snimljeno preko 7.500 slika na LAMO, a VIR je poslao oko milion spektara. To je izvanredni naučni bonus, koji će omogućiti naučnicima mnogo više detalja o Vesti nego što je bilo planirano sa orbite za mapiranje velike visine (HAMO) (oko 700 km).

Grand

Instrument GRaND. Kao što se vidi, fizički, to je skroman uređaj, veličine podebljeg rečnika, ali je njegova naučna uloga nemerljiva. Troši tričavih 15 W struje.

shema

Šematski prikaz rada i zadataka američkog instrumenta GRaND.

modul

Spektrometarski uređaj VIR napravili su stručnjaci iz rimskog Instituta za astrofiziku. Optički modul (na slici) sličan je i onom na „Rosetti” koja leti ka kometi, i „Venus Expressu”. Spektrometru pomažu dva teleskopa.

povrsina-veste

Površina Veste kako ju je video Hablov teleskop. Mapa pokazuje da je čitava površina nekada davno bila jako vrela, što znači ili da je bila istopljena ili da je lava isticala iz unutrašnjosti i prekrivala je. Pravu istinu će reći VIR.

Prikupljanje naučnih podataka bilo je nenadano obustavljeno 21. februara kada je glavni kompjuter bio privremeno pretrpan obavezama. Sistem je uredno odgovorio rebutovanjem kompjutera (restarom), dok je letilica za to vreme bila u „save modu“. Pošto se to dogodilo za vreme telekomunikacione sesije, kontrolori su nadgledali čitavu proceduru (mada sa „zadrškom“, zbog kašnjenja radio–signala na putu do Zemlje). Brzo su dijagnostikovali problem i metodičnim merama doveli robota u normalnu konfiguraciju. Već posle par dana, aparat se bratio normalnom osmatranju.

Na određeni način, čak i sadašnja GRaND i gravitaciona merenja predstavljaju određeni bonus. Prema detaljnom rasporedu „Dawnovog“ boravka na Vesti, planeri misije su predvideli boravak od 70 dana na LAMO, koji je započeo 12. decembra i trebao da se završi 20. februara. Međutim, zbog izuzetnog prilaska Vesti, intenzivnog osmatranja sa prilazne orbite i HAMO, kao i činjenice da je kompleksni spiralni let sa jedne naučne orbite na drugu protekao tako dobro (moglo bi se reći čak neočekivano dobro), 40 dana koji su čuvani u rezervi ako nešto pođe naopako sada se koriste za dodatna proučavanja sa niske orbite. Sa svim senzorima u potpuno operativnom stanju, robotski istraživač čini sve da što bolje iskoristi dragoceno vremena Vesti, pribavljajući nove i nove detalje o misterioznom svetu skrivenom u dubinama asteroidnog pojasa.

Dawn“ se nalazi na oko 210 km od Veste. On je takođe i na 3,32 AJ (498.000.000 km od Zemlje, odn. 1.240 puta dalje od Meseca i 3,36 puta dalje od Sunca. Za tzv. „round trip“ radio–signalu treba 55 minuta.

izorbite

Jedna od prvih fotografija sa niske orbite (LAMO) prikazuje ekvatroski deo Veste. Visina je 185 km, a slika pokriva površinu od 18 × 18 km. Kamera koja je ovo napravila je nemačke proizvodnje.

vir

Jedna od poslednjih objavljenih fotografija sa Veste prikazuje snimak dobijen vidljivim i infracrvenim spektrometrom (VIR) koji preklapa sliku istog regiona dobijenog klasičnom kamerom. Slika je napravljena prošle godine, sa visine od oko 700 km.

 




[1] Ova orbita je nagnuta ka zapadu od uglom od oko 46°. Prethodna, viša orbita (HAMO), bila je nagnuta samo 15° na zapad. Položaji orbita zasnovani su na komplikovanim proračunima položaja Sunca u odnosu na uporednike. Treba se setiti da zbog nagnutosti ose, i Vesta ima svoja „godišnja doba“.

[2] Manevri izvedeni 17. i 14. decembra prošle godine, zahtevali su uključivanje jonskih motora u trajanju od samo 15 minuta. Time je izvršena promena u brzini od samo 5 santimetra u sekundi (180 metara na sat), ali je i to bilo dovoljno da se „Dawn“ vrati na predviđenu orbitu.

Da potsetim: ko želi da iskusi snagu brodskog jonskog motora neka stavi list hartije na dlan – i to je to! Zato su ti motori morali da rade mesecima da bi doveli „Dawn“ do sadašnjeg cilja.

 


linkovi
Kako smo već najavili Nasina letelica Dawn je konačno, (u četvrtak, 27. septembra 2007.) lansirana raketom Boing Delta 2 i krenula na svoj tri milijarde ...
2007 ... „Septembarsko lansiranje neće uticati na realizaciju svih naučnih ciljeva misije 'Dawn' koji su bili u planiranu i za julsko lansiranje,“ ...
Konačno je u martu 2006. NASA objavila da se misija „Dawn“ zvanično otkazuje. Na zaprepašćenje svih, otkaz je u martu 2007. ponovo razmatran i.
Jonski motori (Dawn ih ima tri) rade tako što skidaju elektrone iz atoma inertnih gasova kao što je ksenon [5], čineći atome pozitivno naelektrisanim. ...
2010 ... Od kako je 27. septembra 2007. NASA lansirala robotizovanu sondu DAWN, pratim njen napredak. To je prva američka međuplanetna misija koja je ...
Dawn“ će biti prva ikad lansirana sonda koja ima za zadatak da uđe u ...Dawn“ će takođe biti i prava letilica koja će posetiti jednu planetu patuljka. ...
2009 ... 29. novembar. 2009. Pre nekih dvadesetak dana, 13. novembra, Nasina svemirska sonda na jonski pogon, DAWN, po drugi put je ušla u Asteroidni ...
   
Draško Dragović
Author: Draško Dragović
Dipl inž. Drago (Draško) I. Dragović, napisao je više naučno popularnih knjiga, te više stotina članaka za Astronomski magazin i Astronomiju, a učestvovao je i u nekoliko radio i TV emisija i intervjua. Interesuje ga pre svega astronautika i fizika, ali i sve teme savremenih tehnologija XXI veka, čiji detalji i problematika često nisu poznati široj čitalačkoj publici. Izgradio je svoj stil, lak i neformalan, često duhovit i lucidan. Uvek je spreman na saradnju sa svojim čitaocima i otvoren za sve vidove komunikacije i pomoći. Dragovićeve najpoznatije knjige su "KALENDAR KROZ ISTORIJU", "MOLIM TE OBJASNI MI" i nova enciklopedija "NEKA VELIKA OTKRIĆA I PRONALASCI KOJA SU PROMENILA ISTORIJU ČOVEČANSTVA"

Zadnji tekstovi:


Komentari  
mmcc
0 #3 mmcc 10-03-2012 19:03
Hvala za odgovor i usmerenje (informaciju).
Draško Dragović
0 #2 Draško Dragović 10-03-2012 18:18
Hvala mmcc.
Elem, ja sam nekliko puta već pisao o istoriji jonskog pogona, ali gde je to - to moraš da pitaš administratora.
Takođe ti preporučujem da pročitaš text o kosmičkim rekorderima, gde su tablično složeni i precizno navedeni SVI rekorderi koje je čovek napravio. Ovo što ti kažeš "svetski rekord u brzini" vrlo je diskutabilno, i treba se paziti o kojoj kategoriji se priča...
mmcc
0 #1 mmcc 10-03-2012 09:18
Dobat tekst D.Dragovića. Zadovoljstvo je pročitati o Dawn-u ovako sistematičan tekst. Dobar napor NASA-e. Pored ostalog, pažnju mi je privuklo i da je to NASA-ina prva čisto istraživačka misija na jonski pogon. Ovaj pogon, odnosno njegov razvoj (NASA, EKA, Rusija) je, verovatno, posebna priča koju bi mogao da ispriča poznavalac. Svojevremeno sam čitao da je Dawn postavio svetski rekord brzine u kosmosu – 38.600 km/h. To je 10,72 km/sec, odnosno 0,00003574% brzine svetlosti u vakumu (300.000 km/sec). Takodje, da će na MKS 2014. godine biti ispitan (valjda) plazma motor brzine 177.000 km/h ili 50 km/sec. Deluje kao dobar tehnološki napredak, ali u poredjenju sa brzinom svetlosti i deprimirajuće. To nije razlog da se ne ide dalje.
Dodaj komentar